星载铷原子钟物理部分热设计

星载铷原子钟物理部分作为星载铷原子钟的重要组成部分,其热设计在很大程度上决定了星载铷原子钟的性能与使用寿命。应用Flotherm软件对铷原子钟物理部分进行建模、仿真求解,对热设计进行优化,满足了星载铷原子钟物理部分设计要求。     

卫星铷钟自动控温系统仿真平台的设计与实现

卫星上的铷钟对环境温度要求非常苛刻,需要采用自动控温系统严格控制工作环境的温度,该系统上星前必须经过大量的试验和仿真,验证卫星上铷钟热控系统的软硬件功能和性能是否达到设计要求。基于CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)计算机的卫星铷钟自动控温系统仿真平台,是在不具备铷钟热控试验需要的真空、绝热条件下,模拟铷钟在卫星上工作时温度变化引起的参数变化,并检测卫星铷钟自动控温系统由于参数变化所引起的相应的控制量变化,从而验证系统的性能。     

面向时间应用的可驯服铷钟

研制一种面向时间应用的GPS可驯服铷钟。当铷钟被GPS驯服后,它输出的秒信号实时同步于GPS接收机的秒信号。同时,铷钟和GPS接收机之间的时间差的数据通过一个比例积分控制器去校正铷钟的频率准确度。驯服后,两台GPS驯服铷钟之间的时间差小于20ns、频率差小于1E-12/d。使用一台专用的GPS信号处理板和特定的GPS接收机,时间差可小于5ns。     

星载铷原子钟频率特性星地测量技术研究

阐述了借助地面测控站对星载铷钟进行监测,以实现铷钟在轨运行频率特性的四种测量方法:单向时差比对法、双向时差比对法、利用GPS系统时间比对法和激光时差比对法,并对这四种方法的测量原理进行了分析和比较。对育种卫星搭载国产铷钟的试验方案和测量结果进行了介绍。     

铷钟物理部分抗力学性能试验研究

对铷钟物理部分特征频谱试验、破坏性随机振动试验和随机与冲击响应谱分析试验进行了设计,完成了试验验证,给出了试验结果及结论。     

铷原子频率标准的计算机仿真与实验研究

针对被动型铷气泡频标的特点,分块建立了包括量子物理系统、压控晶振、倍频链路以及伺服环路在内的仿真模型,再将这些模型首尾相接起来,构建了铷气泡频标整个系统的闭环仿真模型。最后再利用模数混合仿真工具PSpice,分开环和闭环两种情况对铷气泡频标进行了仿真分析和实验验证。     

量热技术在铷光谱灯中的应用研究

铷光谱灯是铷原子钟的核心部件。在铷光谱灯的研制中差式扫描量热技术（DSC）是不可或缺的测量手段和研究方法之一。本文通过对长期老化跟踪测量的铷量消耗数据拟合,得到了目前使用的铷灯的铷量消耗模型。分析结果显示：铷与灯泡内的杂质反应消耗了约37.5μg金属铷,铷的消耗率稳定在0.23μg/hr,预计10年使用寿命期内铷的消耗量约106μg。铷熔融曲线的熔点和纯度测量结果显示：铷的熔点和纯度在老化开始前2个月变化明显,具有较好的相关性。老化6个月以后铷的熔点和纯度从老化开始前的36℃和99.56％提高到39.5℃和99.84％,并趋于稳定,其变化趋势与老化初期铷量的消耗规律较好地吻合。     

从国外典型星载铷原子频标看其技术发展

针对美国在星载频标方面的主要原子频率标准,PerkinElmer公司的RAFS星载铷原子频率标准的结构及性能分析,介绍了目前国外星载铷原子频率标准的技术状况及主要性能指标.与普通商用或军用铷原子频标进行了主要性能指标的比较,就其对空间环境的适应性、可靠性、长短指标的保证等方面进行了论述.分析了该技术的发展趋势.     

铷原子钟温度补偿技术研究

利用直接数字频率合成器AD9852设计并制备了一种铷原子钟的温度补偿电路,该电路能够在不降低铷原子钟输出频率短期稳定度的基础上,有效地减小了`铷钟的温度系数。     

粒子激发X射线谱仪的热设计和热仿真计算

粒子激发X射线谱仪(APXS)安装在月面巡视器外部,利用巡视器的机动性和机械臂的灵活性,可以对月面有研究价值的月岩及月壤进行有针对性的探测.由于裸露在巡视器外部,月球复杂外热流会对APXS产生较大影响.鉴于此,需对APXS进行合理的热设计,以保证APXS的探测器和电子学器件工作在允许的温度范围内.提出了APXS的热设计方案,据此对APXS进行热仿真计算,计算结果得到了相应热平衡试验的较好验证.     

改善铷原子钟物理部分温度系数的研究

铷原子钟的温度系数是决定其长期频率稳定度的关键因素,物理部分的温度系数又是铷原子钟温度系数的重要组成部分.为了改善物理部分的温度系数,在理论分析的基础上开展了试验研究,结果表明:提出的改善物理部分温度系数的措施是有效的.这对于进一步提高星载铷原子钟频率稳定度具有积极作用.     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

快速预热型铷原子振荡器的研制

介绍了一种快速预热型铷原子振荡器的设计方法和试验数据 ,3 5min的锁定时间、0 4 5L的小巧体积和良好的频率重现性能 ,非常适合于战术应用。     

一种芯片原子钟专用锁相倍频器研究与设计实现

分析了倍频器对芯片原子钟稳定度指标的影响,并以此提出了对倍频器的设计要求。介绍了国内外几种典型的原子钟倍频器,提出了一种基于撞-D调制的芯片原子钟专用锁相倍频器方案,并采用分离器件对该方案进行了验证,实现了与传统铷钟物理系统的闭环锁定,铷原子频标稳定度指标达4.7E-12/s,能满足原子钟的研制需求。基于该方案开展了倍频器芯片的设计和流片,实现了3.4GHz的芯片原子钟专用芯片,与物理系统进行联调锁定后稳定度指标达5.5E-11/s,表明该芯片可满足芯片原子钟的设计要求。     

导航卫星原子钟舱温度控制方法及其验证

原子钟是导航卫星的重要组成部分,可为卫星系统提供高准确及高稳定度的时间频率源.原子钟工作性能与环境温度变化密切相关,为保证其在轨连续、稳定运行,热控系统需为其提供良好的工作温度环境.本文以某导航卫星原子钟舱温度控制为研究内容,给出原子钟舱热控设计方案、控制算法,并进行仿真分析和试验验证.在轨遥测数据表明,卫星原子钟舱热控方案和控制算法设计合理,仿真分析及试验结果有效,各原子钟在轨工作温度满足要求,原子钟温度稳定度满足并优于设计指标近一个数量级.     

CPT铯原子钟微波信号源设计与分析

CPT原子钟由于其体积小、功耗低等优点广泛应用于通信、导航及数据传输等领域。本文采用数字锁相倍频的方法,根据CPT铯原子钟对微波信号的需求设计了一种中心频率为4 596MHz的信号源,并对其输出信号的相位噪声进行了分析。经测试,信号源电路尺寸为30mm×50mm,功耗小于200mW,输出微波功率范围为（-20~-5）dBm,输出信号噪声与理论分析相符,杂散抑制满足设计要求,调制信号频率为500Hz,可用于CPT铯原子钟。